不均勻塊碎石土地基摩擦-端承樁基承載力特性研究

劉昌鐘

（中冶建工集團(tuán)有限公司，重慶 400054）

樁基礎(chǔ)是一種廣泛應(yīng)用的深基礎(chǔ)型式，可以較好地適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件以及各種荷載情況。隨著施工技術(shù)的不斷提高和改進(jìn)，目前國(guó)內(nèi)外已有很多學(xué)者研究，獲得一些有益的成果。

目前尚無(wú)有關(guān)復(fù)雜不均勻碎塊石土地質(zhì)采用何種基礎(chǔ)形式的有效方案，前人也沒(méi)有這方面的系統(tǒng)性試驗(yàn)，提出工程應(yīng)的控制指標(biāo)。本文研究將有助于解決建筑在山區(qū)崩坡積地質(zhì)采用樁基礎(chǔ)的技術(shù)課題，為該地質(zhì)條件下的山區(qū)樁基設(shè)計(jì)提供一種可行的解決方案。

1 地質(zhì)概況

擬建場(chǎng)地地處斜坡帶，地層結(jié)構(gòu)為第四系崩坡積塊碎石土，下伏基巖為志留系下統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖。塊碎石土粒徑3～50 cm，最大可達(dá)500 cm，分布極不均勻，呈巨厚層狀，揭露最大厚度達(dá)60m以上。

本次研究將整個(gè)擬建場(chǎng)區(qū)分成四個(gè)區(qū)域進(jìn)行靜載試驗(yàn)及深層平板荷載實(shí)驗(yàn)。樁基礎(chǔ)采用人工挖孔樁，樁徑900 mm，分為空底樁和正常樁兩種形式，樁長(zhǎng)5 m、10 m、15 m，樁身砼強(qiáng)度等級(jí)為C30。

根據(jù)不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)分析得到，該場(chǎng)地碎石土顆粒與顆粒之間粒徑相差較大，缺失中間顆粒，且存在不連續(xù)的情況，整體顆粒級(jí)配不良。從圖3動(dòng)力觸探曲線得出，該場(chǎng)地單孔修正錘擊數(shù)從0.9～19.5，單孔修正平均擊數(shù)為8.54，1～4 m為松散，4～10 m為中密，從單孔錘擊數(shù)看，錘擊數(shù)高低間插，說(shuō)明塊石土成分雜亂，均勻性差，含有一定量的較大孤石。

2 單樁豎向載荷

2.1 加載裝置

靜載試驗(yàn)采用液壓千斤頂加荷，試驗(yàn)采用錨樁橫梁提供反力，用千斤頂加載，直至土體破壞。沉降量用2只對(duì)稱百分表測(cè)量，測(cè)表支架點(diǎn)安置在不受變形影響的位置。

樁身應(yīng)變采用振弦式應(yīng)變計(jì)測(cè)量，測(cè)量誤差不大于0.1%Fs（Fs為滿量程范圍內(nèi)誤差），分辨率優(yōu)于0.01 mm。應(yīng)變計(jì)埋設(shè)于相鄰兩土層分界處。試驗(yàn)采用可消除溫度變化對(duì)儀器的影響的應(yīng)變式土壓力盒。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

先在試壓表面用粗砂找平，其厚度不超過(guò)20 mm。放上承壓板，安裝加荷。每級(jí)加載量為設(shè)計(jì)單樁承載力特征值2倍的1/10，第一級(jí)按2倍分級(jí)荷載加載。每級(jí)荷載施加后第 5、15、30、45、60 min 觀測(cè)一次讀數(shù)，以后每30 min測(cè)讀一次。按規(guī)范規(guī)定取試驗(yàn)值。

2.3 軸力分析方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)按規(guī)定進(jìn)行數(shù)據(jù)有效利用時(shí)，刪除異常數(shù)據(jù)，得到同一斷面有效測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變平均值，并按公式計(jì)算該斷面處的樁身軸力。

3 靜載荷試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）樁身軸力計(jì)算及傳遞特征分析。樁身的應(yīng)變測(cè)量通過(guò)預(yù)先埋置在樁身內(nèi)的鋼筋應(yīng)力計(jì)，可實(shí)測(cè)到各鋼筋應(yīng)力計(jì)在每級(jí)荷載作用下的頻率值，并由此計(jì)算出所產(chǎn)生的應(yīng)力值。

（2）樁側(cè)阻力隨深度變化關(guān)系。試樁相鄰兩個(gè)測(cè)試斷面間的樁軸力變化值等于兩斷面間的樁側(cè)摩阻力發(fā)揮值。

①不同加載條件下樁側(cè)阻力隨深度變化關(guān)系。巖土工程報(bào)告推薦的極限值為80 kPa，在極限荷載作用下實(shí)測(cè)側(cè)摩阻力與勘察報(bào)告推薦的極限值對(duì)比可以看出，實(shí)測(cè)值與勘察報(bào)告推薦值有較大差異，整體上實(shí)測(cè)值大于勘察報(bào)告推薦值。分析原因主要是影響人工挖孔灌注樁成樁的因素多且復(fù)雜，存在很多不確定性，這使樁側(cè)阻力實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值相差甚遠(yuǎn)。

②不同樁底條件下樁側(cè)阻力隨深度變化關(guān)系。樁頂荷載在傳遞過(guò)程中，上部2 m范圍內(nèi)土層4#空底樁和2#正常樁側(cè)摩阻力大小近似，說(shuō)明2 m范圍內(nèi)的側(cè)摩阻力已發(fā)揮到最大值；中部2～6 m范圍內(nèi)土層4#空底樁比2#正常樁側(cè)摩阻力小，大約小10%；下部6～10m范圍內(nèi)土層4#空底樁比2#正常樁側(cè)摩阻力小，大約小15%。樁端阻力影響樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮；距離樁端越近，樁端阻力對(duì)側(cè)摩阻力發(fā)揮的影響越大；樁頂部分土層側(cè)摩阻力已發(fā)揮到最大值，不受樁端阻力的影響。

③不同樁長(zhǎng)條件下樁側(cè)阻力隨深度變化關(guān)系。通過(guò)南區(qū)選取南區(qū)B地塊10#（5 m）、南區(qū)C地塊8#（10 m）、南區(qū)C地塊1#（15 m）3根樁，通過(guò)北區(qū)選取北區(qū)生活區(qū) 6#（5 m）、北區(qū)生活區(qū) 2#（10 m）、北區(qū) 52-54 號(hào)樓1#（15 m）3 根樁。

樁長(zhǎng)對(duì)側(cè)摩阻力的發(fā)揮具有一定的影響，樁長(zhǎng)超過(guò)10 m后，樁端阻力發(fā)揮顯著，樁側(cè)摩阻力發(fā)揮受到限制。

（3）樁端阻力和深層平板荷載試驗(yàn)承載力特征值的關(guān)系。按照試驗(yàn)樁基布置圖在每根樁樁底進(jìn)行深層平板荷載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)采用液壓千斤頂加荷，試驗(yàn)采用錨樁橫梁提供反力，通過(guò)千斤頂加載，直至土體破壞。

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94-2008）5.3.6規(guī)定，對(duì)于干作業(yè)挖孔樁，極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值可采用深層平板荷載試驗(yàn)確定，而從表中可看出深層平板荷載試驗(yàn)極限荷載與實(shí)測(cè)極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值存在較大差異，承載力特征值與樁端極限端阻力也不是2倍安全系數(shù)關(guān)系，二者關(guān)系可以近似用公式qpk=3.5fak1.1表示。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)在不均勻塊碎石地基土上對(duì)13根直徑900 mm人工挖孔灌注樁進(jìn)行了深層平板荷載試驗(yàn)和豎向荷載試驗(yàn)，基于測(cè)試結(jié)果，分析了灌注樁豎向荷載傳遞規(guī)律、側(cè)摩阻力發(fā)揮規(guī)律及樁端阻力和深層平板荷載試驗(yàn)特征值的關(guān)系，可得如下結(jié)論：

（1）樁頂荷載在傳遞過(guò)程中，上部和下部土層側(cè)摩阻力的發(fā)揮是一個(gè)異步的過(guò)程。上部土層的側(cè)摩阻力先于下部土層發(fā)揮作用；隨著荷載增大，上部土層的側(cè)摩阻力逐漸平穩(wěn)，深部土層的樁側(cè)摩阻力逐漸體現(xiàn)。樁長(zhǎng)范圍，樁側(cè)摩阻力隨著深度的增加而增大。

（2）相同地質(zhì)條件下，樁端阻力影響樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮。側(cè)摩阻力在端阻力發(fā)揮作用時(shí)比端阻力不發(fā)揮作用（空底樁）時(shí)大10%～15%。

（3）樁長(zhǎng)對(duì)側(cè)摩阻力的發(fā)揮具有一定的影響，樁長(zhǎng)超過(guò)10m后，樁側(cè)摩阻力發(fā)揮受到抑制。

（4）原位平板荷載試驗(yàn)承載力特征值與樁端極限端阻力不是2倍安全系數(shù)關(guān)系，二者關(guān)系可以近似用公式qpk=3.5fak1.1表示。